(57)【要約】【課題】電荷転送電極間の絶縁性能を向上させることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】フォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷を転送する転送電極（第１の電極３ａ，第２の電極３ｂ）を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、シリコン基板１上に形成した第１導電性膜３ａの側壁に形成された絶縁膜（５ａ＋５ｂ）に発生した凹部を導電性膜３ｃで一旦埋め（図４（ｅ），（ｆ））、この導電性膜３ｃを熱酸化して該凹部に絶縁膜５ｃを形成し（図４（ｇ））、その後、第２導電性膜３ｂを形成及びパターニングして、第２の電極３ｂを形成する（図４（ｈ））。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極の形成工程が、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１導電性膜のパターンを形成して第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極を熱酸化して、前記第１の電極の少なくとも側壁に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極及び前記第１の絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に導電性膜を形成して、前記第１の電極の前記ゲート酸化膜近傍に発生した前記第１の絶縁膜の凹部に前記導電性膜を埋める工程と、
前記導電性膜を、前記凹部に埋められた部分を残して除去する工程と、
前記導電性膜の除去後、前記凹部に埋められている前記導電性膜を熱酸化して前記凹部に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極、前記第１の絶縁膜、及び前記第２の絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２導電性膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上方の前記第２導電性膜を除去する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上に重畳する領域を残して前記第２導電性膜をパターニングする工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性膜は、前記第１導電性膜又は前記第２導電性膜と同じ材料である固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１導電性膜又は前記第２導電性膜は、シリコン系導電性膜を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜は、ドープトアモルファスシリコン膜である固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜は、ドープトポリシリコン膜である固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部と、光電変換部で発生した電荷を転送する転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部で発生した信号電荷を転送するための電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度（光電変換効率）面での大きな問題となる。
【０００４】
さらにまた、このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。一方光電変換部を構成するフォトダイオードの開口面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオードの開口面積は確保しなければならない。そこで、電荷転送部および周辺回路の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオードの開口占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
【０００５】
このような状況の中で配線の微細化により、高集積化を実現するためには表面の平坦性に加え、電荷転送部と配線層間の層間絶縁膜の耐圧の向上と薄肉化は重要な技術課題となる。
【０００６】
図７は、従来のＣＣＤの２層電極構造の電荷転送電極の製造方法を説明するための図である。
図７に示すように、ｎ型シリコン基板１１表面に、酸化シリコン膜１２ａと、窒化シリコン膜１２ｂと、酸化シリコン膜１２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜１２を形成する。続いて、このゲート酸化膜１２上に、第１の電極１３ａを構成するドープトポリシリコン膜を形成し、これをフォトリソグラフィによりパターニングして第１の電極１３ａを形成後、熱酸化により電極間絶縁膜となる酸化シリコン膜１５を形成する（図７（ａ））。そしてこの酸化シリコン膜１５を電極間絶縁膜として、第２の電極１３ｂを構成するドープトポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィにより形成した所望のマスクを用いてパターニングして、第２の電極１３ｂを形成する。
【０００７】
この方法では、酸化シリコン膜１５を形成する際、ゲート酸化膜１２の近傍程、酸素の供給が不足して膜の形成速度が低下するため、図中に示すように、第１の電極１３ａの側壁においては、ゲート酸化膜１２の近傍程、酸化シリコン膜１５の膜厚が小さくなり、側壁下端部において酸化シリコン膜１５に凹部ｔが形成されてしまう。この状態で第２の電極１３ｂを形成した場合、酸化シリコン膜１５の凹部ｔに第２の電極１３ｂを構成するドープトポリシリコン膜が埋まった状態で第２の電極が形成されてしまう（図７（ｂ）参照）。この状態で各電極に電圧を印加すると、凹部ｔに電界が集中して第１の電極１３ａと第２の電極１３ｂとの間で絶縁破壊を起こすことがあった。このような問題は、２層電極構造の電荷転送電極に限らず、単層電極構造の電荷転送電極についても同様に発生する。
【０００８】
上記のような絶縁破壊を防止するための技術として特許文献１記載のものがあげられる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２９４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、従来の固体撮像素子では、熱酸化によって第１の電極の側壁に形成される絶縁膜に凹部が発生することに起因して、第１の電極と第２の電極との間即ち、隣接する２電極間の絶縁膜の膜質の低下、さらには電気的耐圧の低下という問題があった。さらには、ステップカバレッジの低下という問題があり、さらにはリークの発生確率が高くなってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、隣接する電荷転送電極間の絶縁性能を向上させることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送電極を含む電荷転送部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記電荷転送電極の形成工程が、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１導電性膜のパターンを形成して第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極を熱酸化して、前記第１の電極の少なくとも側壁に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極及び前記第１の絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に導電性膜を形成して、前記第１の電極の前記ゲート酸化膜近傍に発生した前記第１の絶縁膜の凹部に前記導電性膜を埋める工程と、前記導電性膜を、前記凹部に埋められた部分を残して除去する工程と、前記導電性膜の除去後、前記凹部に埋められている前記導電性膜を熱酸化して前記凹部に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極、前記第１の絶縁膜、及び前記第２の絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２導電性膜を形成する工程とを含む。
【００１３】
この方法によれば、第１の電極の側壁に形成された第１の絶縁膜に発生した凹部を導電性膜で一旦埋め、この導電性膜を熱酸化して該凹部に絶縁膜を形成してから第２導電性膜を形成するため、第１の電極と第２の電極間の絶縁を良好に行うことができ、第１の電極と第２の電極間の電極間絶縁膜の膜質の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上方の前記第２導電性膜を除去する工程を含む。
【００１５】
この方法によれば、単層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２導電性膜の形成後、前記第１の電極上に重畳する領域を残して前記第２導電性膜をパターニングする工程を含む。
【００１７】
この方法によれば、２層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記導電性膜が前記第１導電性膜又は前記第２導電性膜と同じ材料である。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第１導電性膜又は前記第２導電性膜がシリコン系導電性膜を含む。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記シリコン系導電性膜がドープトアモルファスシリコン膜である。
【００２１】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記シリコン系導電性膜がドープトポリシリコン膜である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、隣接する電荷転送電極間の絶縁性能を向上させることが可能な固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。
図１，２に示す固体撮像素子は、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が多数形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。
【００２５】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極３（第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。
【００２６】
図２に示すように、シリコン基板１の表面部にはｐウェル層９が形成され、ｐウェル層９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００２７】
ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層９には電荷読み出し領域３４が形成される。
【００２８】
シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５によって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。
【００２９】
電荷転送電極３の上には酸化シリコン膜６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。
【００３０】
本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。
【００３１】
次に上述した固体撮像素子の製造工程のうち、電荷転送電極の形成工程について図３及び図４を参照して詳細に説明する。電荷転送電極の形成工程以外の製造工程は従来の固体撮像素子と同様である。
まず、ｎ型のシリコン基板１表面に、酸化シリコン膜２ａと、窒化シリコン膜２ｂと、酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。続いて、このゲート酸化膜２上に、減圧ＣＶＤ法により、第１の電極３ａを構成する第１導電性膜３ａを形成する（図３（ａ））。第１導電性膜３ａとしては、リンドープのドープトポリシリコン膜やドープトアモルファスシリコン膜等のシリコン系導電性膜を用いることができる。
【００３２】
次に、所望のマスクパターンを用い、ゲート酸化膜２の窒化シリコン膜２ｂをエッチングストッパとして第１導電性膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１の電極３ａ及び周辺回路（図示せず）の配線のパターニングを行う（図３（ｂ））。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００３３】
次に、熱酸化法により第１の電極３ａの表面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５ａを形成する（図３（ｃ））。ここでは熱酸化の温度は９００℃程度とする。望ましくは８５０℃である。これにより拡散長の伸びを防ぐことができる。この工程により、第１の電極３ａの側壁のゲート酸化膜２近傍に形成された絶縁膜５ａには凹部Ｔが発生する。
【００３４】
次に、減圧ＣＶＤ法により酸化シリコン膜（ＨＴＯ）からなる絶縁膜５ｂを形成する（図３（ｄ））。この工程により、凹部Ｔは絶縁膜５ｂによって埋められるが、第１の電極３ａの側壁のゲート酸化膜２近傍に形成された絶縁膜５ｂには凹部Ｔ’が発生する。尚、絶縁膜５ｂを形成する工程は省略しても良い。又、絶縁膜５ａ又は絶縁膜５ａと絶縁膜５ｂを合わせたものが、特許請求の範囲の第１の絶縁膜に相当する。
【００３５】
次に、減圧ＣＶＤ法により導電性膜３ｃを絶縁膜５ｂの上に形成する（図４（ｅ））。この工程により、凹部Ｔ’は、導電性膜３ｃによって埋められた状態となる。尚、絶縁膜５ｂを形成する工程を省略した場合には、導電性膜３ｃが凹部Ｔに埋められた状態となる。導電性膜３ｃとしては、リンドープのドープトポリシリコン膜やドープトアモルファスシリコン膜等のシリコン系導電性膜を用いることができる。
【００３６】
次に、凹部Ｔ’（又はＴ）に埋められた導電性膜３ｃ以外の部分を例えばドライエッチングによって除去する（図４（ｆ））。
【００３７】
次に、熱酸化法により、凹部Ｔ’（又はＴ）に埋められた導電性膜３ｃを熱酸化して、この導電性膜３ｃを絶縁膜５ｃ（特許請求の範囲の第２の絶縁膜に該当）に変化させる（図４（ｇ））。凹部Ｔ’（又はＴ）に埋められた導電性膜３ｃは非常に少ない量であるため、熱酸化によってその全てを短時間で絶縁膜５ｃに変化させることができる。上述した絶縁膜５ａ，５ｂ，５ｃは、図１の電極間絶縁膜５を構成する。
【００３８】
次に、減圧ＣＶＤ法により第２の電極３ｂを構成する第２導電性膜３ｂを形成する。第２導電性膜３ｂとしては、リンドープのドープトポリシリコン膜やドープトアモルファスシリコン膜等のシリコン系導電性膜を用いることができる。第２導電性膜３ｂの膜厚は、第１の電極３ａ及びその上層の絶縁膜５ａ，５ｂの膜厚の合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。そして、レジスト（図示せず）を塗布し、このレジストと第２導電性膜３ｂのエッチング速度がほぼ同一となる条件で、全面エッチングを行って第１の電極上方の第２導電性膜３ｂを除去し、第２導電性膜３ｂの平坦化を行う。この後、アクティブ領域および周辺回路形成のためのレジストパターン（図示せず）を形成する。ここでは、固体撮像素子形成部及び周辺回路部の一部を覆うようにレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、フォトダイオード３０上の第２導電性膜３ｂをエッチング除去するとともに周辺回路の他のパターン（図示せず）を残留させる。そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第２導電性膜３ｂが形成される（図４（ｈ））。
【００３９】
このようにして、第２の電極３ｂを形成し、熱酸化により第２の電極３ｂの周りに酸化シリコン膜６を形成し、単層電極構造の電荷転送電極３が形成される。そしてこの上層に遮光膜のパターン７１、ＢＰＳＧ膜７２を形成し、リフローし平坦化する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）７３、透明樹脂膜からなる平坦化層７４を形成する。この後、カラーフィルタ５０、平坦化層６１、マイクロレンズ６０などを形成して、図１および図２に示すような固体撮像素子を得る。
【００４０】
以上の製造方法によれば、第１の電極３ａの側壁に形成された絶縁膜５ｂに発生した凹部Ｔ’（又は絶縁膜５ａに発生した凹部Ｔ）を導電性膜３ｃで一旦埋め、この導電性膜３ｃを熱酸化して該凹部Ｔ’（又はＴ）に絶縁膜５ｃを形成してから第２導電性膜３ｂを形成するため、第１の電極３ａと第２の電極３ｂ間の絶縁を良好に行うことができ、第１の電極３ａと第２の電極３ｂ間の電極間絶縁膜の膜質や電気的耐圧の向上を図ることができる。又、ステップカバレッジの向上やリーク発生確率の低下を実現することができる。
【００４１】
又、以上の製造方法によれば、凹部Ｔ’（又はＴ）を埋めるのに導電性膜３ｃを用いているため、ゲート酸化膜２と導電性膜３ｃの選択比を容易に決めることができ、導電性膜３ｃのエッチングを容易に行うことができる。
【００４２】
尚、本実施形態の固体撮像素子の電荷転送電極は単層電極構造であるため、図３（ｃ）の工程で第１の電極３ａの表面全てに絶縁膜５ａを形成する必要はなく、第１の電極３ａの側壁にのみ絶縁膜５ａを形成すれば十分である。
【００４３】
（第二実施形態）
本実施形態の固体撮像素子は、図２に示した固体撮像素子において、電荷転送電極３の電極構造を２層電極構造とした点のみが異なる。本実施形態の固体撮像素子の平面模式図は図１と同様である。
【００４４】
図５は、本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子の断面模式図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。図５において図２と同様の構成には同一符号を付してある。
図５に示す固体撮像素子の電荷転送電極３は、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが電極間絶縁膜５を介して隣接している点は図２と同じだが、第１の電極３ａの上に第２の電極３ｂの一部が重畳している点が異なる。
【００４５】
以下、図５に示す固体撮像素子の製造工程のうち、電荷転送電極の形成工程について図３、図４、及び図６を参照して詳細に説明する。電荷転送電極の形成工程以外の製造工程は従来の固体撮像素子と同様である。
まず、図２に示す固体撮像素子と同様に、図３（ａ）〜図４（ｇ）に示す工程を行う。次に、減圧ＣＶＤ法により、第２導電性膜３ｂを形成する。第２導電性膜３ｂとしては、リンドープのドープトポリシリコン膜やドープトアモルファスシリコン膜等のシリコン系導電性膜を用いることができる。そして、レジスト（図示せず）を塗布し、第２導電性膜３ｂのパターニングを行なう（図６）。このとき本実施形態では、第２導電性膜３ｂが第１の電極３ａの上層の一部に重畳するようにパターニングして第２の電極３ｂを形成する。
【００４６】
このようにして、第２の電極３ｂを形成し、熱酸化により第２の電極３ｂの周りに酸化シリコン膜６を形成して２層電極構造の電荷転送電極が形成される。後は第一実施形態と同様に、この上層に遮光膜のパターン７１、ＢＰＳＧ膜７２、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）７３、透明樹脂膜からなる平坦化層７４を形成する。この後、カラーフィルタ５０、平坦化層６１、マイクロレンズ６０などを形成して、図５に示すような固体撮像素子を得る。
【００４７】
この方法によれば、２層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。
【００４８】
尚、第一及び第二実施形態では、奇数行に配列された光電変換部と偶数行に配列された光電変換部とが、各行の光電変換部配列ピッチの略１／２行方向にずれたいわゆるハニカム構造の固体撮像素子を例示したが、本実施形態の製造方法は、光電変換部が正方格子状に配列された固体撮像素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面模式図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の製造工程を説明する図
【図４】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の製造工程を説明する図
【図５】本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子の断面模式図
【図６】本発明の第二実施形態を説明するための固体撮像素子の製造工程を説明する図
【図７】従来の固体撮像素子の製造工程を説明する図
【符号の説明】
【００５０】
１  ｎ型シリコン基板
２  ゲート酸化膜
２ａ，２ｃ  酸化シリコン膜
２ｂ  窒化シリコン膜
３ａ  第１導電性膜
３ｂ  第２導電性膜
３ｃ  導電性膜
５  電極間絶縁膜
５ａ，５ｂ，５ｃ  絶縁膜
Ｔ，Ｔ’  凹部
【図１】
2006237160.tif 000003
【図２】
2006237160.tif 000004
【図３】
2006237160.tif 000005
【図４】
2006237160.tif 000006
【図５】
2006237160.tif 000007
【図６】
2006237160.tif 000008
【図７】
2006237160.tif 000009